无人机技术在建筑工程领域的应用

无人机技术在建筑工程领域的应用

李琦  梁帅  赵永涛  牛凯园   刘贝

中国建筑第二工程局有限公司  北京市 100000

摘要：传统的工程计划无法将工程进度精确地表达，不利于在实际工程中做跟踪检查，当发生工程变更或施工环境变化时，往往无法做出实时应变处理。一旦缺少准确的施工总体目标，实际工程进度将无法进行精确管控，产生人力和资源分配不均等问题，导致施工资源浪费、工期延宕且管理效率低下。无人机倾斜摄影技术，基于无人机高机动性、低空飞行以及低成本的优点，在建筑工程上能以更直观、可视化及自动化的方式来辅助建筑工程管理，对于提高工程管理效率、节省劳动力及提升工程质量，具有巨大的应用潜力。

关键词：无人机技术；建筑工程；应用

引言

随着制造成本的降低和技术的快速发展，无人机在工程建设领域的应用也有了一些点滴的尝试。为了认清无人机技术在工程建设领域的应用现状，在梳理无人机技术基本原理、“无人机性能研究⟶技术初步交叉融合⟶技术广泛交叉融合”3个发展阶段的基础上，分析无人机技术在工程项目不同阶段的应用现状及未来应用前景，无人机是很好的自动化采集工具，与三维点云技术密不可分，对无人机辅助工程项目施工阶段的场地布置和进度管控中的技术可行性进行探讨，并提出有效利用无人机开展三维建模工作的建议。

1无人机技术及应用研究

1.1无人机技术基本原理

无人机即一种不载人的无人驾驶的飞行器。无人机技术，即通过系统程序设定或无线电遥控设备直接控制操纵的、可携带设备从而实现任务执行的一种先进技术。在地面控制系统中，根据不同的任务需求，由后勤控制系统经由飞行控制系统向飞行系统发送飞行指令，经由任务控制系统向任务系统发送任务指令，任务系统将执行结果经由任务控制系统反馈回后勤控制系统进行处理；飞行指令由任务系统下不同的任务目标决定，而任务指令则依托飞行系统的操作得以实现。以无人机三维影像技术为例，即通过无人机携带云台相机，经由设置的飞行路径采集影像信息并反馈回地面控制系统，最后由后勤控制系统完成三维模型的合成。

1.2无人机倾斜摄影技术

无人机倾斜摄影技术是指在飞行平台上搭载多台相机，同时从一个垂直角度以及其他若干个不同的倾斜角度采集影像的技术。其打破了传统摄影只可以从一个垂直角度获取影像的局限性，能够更加真实地还原地形地物特征，把人们带入一个符合人眼视觉的真实直观的世界。成熟完备的无人机倾斜摄影测量系统的基本组成主要包括：无人飞行平台系统、飞行导航与控制系统、任务设备、数据传输系统、地面监控系统、综合保障系统与装置。该技术的整体工作流程包括航线设定、空中作业、数据处理和数据分析四大部分，本文将对此技术路线在建筑工程应用中的无人机飞行参数设定优化及建模精度优化进行详述。

2 无人机技术在测绘工程中的应用优势

近几年无人机遥感技术日益成熟，给各行业的发展带来新的契机。尤其是建筑行业，利用无人机技术进行工程测绘，能够有效解决传统测绘方式存在的弊端，提升测绘工作的质量。第一，测绘效率较高。与传统的测绘模式相比，无人机技术应用范围较广，适应性强。施工单位在对施工区域进行测绘的过程中，一旦遇到突发事件，可以利用无人机来进行解决，有效地缩短了问题解决的周期，避免出现重大经济损失。无人机遥感技术可以快速解决各类突发事件，在测绘领域效果显著，能够为技术人员规避一系列的风险因素。第二，信息处理迅速。技术人员利用无人机对目标区域进行测绘时，可以敏锐的捕捉各类目标对象，提高测绘结果全面性。在以往的测绘工作中，时常出现范围领域不明确等问题，难以保障测绘工作的精准程度。而无人机配备了高分辨率的摄像设备，能够对目标区域进行更加全面精准的信息采集，为测绘人员提供完善的技术支持。第三，监测尺度较大。由于无人机技术发展迅速，各类硬件设备和软件系统不断升级，技术人员可以借助更加完善的无人机技术进行目标监测，根据测绘工作的具体要求，灵活调整监测尺度，不仅能够精准控制测量范围，同时具有良好的伸缩性。另外，无人机技术能够实时反映出目标区域的真实状态，借助三维成像技术进行可视化表达，为作为工作者提供完善的参考依据。第四，具有较高的开放性。在开展实际的工程测绘工作时，采用单一的遥感技术无法保证测绘工作的实施效果。技术人员需要将无人机遥感技术与常规的遥感技术进行紧密结合，利用无人机技术的可拓展性来提高应用效果，真正做到优势互补，解决单一遥感技术存在的弊端，满足实际的工程测绘需要。

3 无人机技术在建筑工程测量中的应用

3.1 测绘影像资料的获取

利用无人机设备对施工场区进行航行拍摄，这要求控制无人机飞行到一定的高度，然后操控人员控制无人机悬停，使无人机的摄像头朝向正下方且在施工区域的中间位置附近进行拍摄，这张航拍照片就是施工场区在拍摄时间的施工实际进度。操控无人机在水平方向、下斜45°、垂直向下，环绕施工场区一周进行连续拍照，并且要确保连续拍摄相邻两张照片至少有1/3的内容重合。然后利用全景拼合软件对连续拍摄的照片进行拼合处理并导出全景图片，图片细节在通过Photoshop进行再处理，使最后的图片更符合实际场景。全景图可以方便对施工现场进行全方位的调整浏览，在项目会议时可以更直观的展示施工现场的情况。

3.2 测量精度控制

运用低空无人机遥感进行地形测绘，最核心的部分为测量精度的控制，以便保证测量数据结果的准确。为了实现这一测量要求，无人机的飞控技术已经从人工控制逐渐过渡为智能自动化控制。在当前的实际测量中，较多的是运用半自动化的控制系统开展无人机航线控制，以此来有效地进行无人机的测量航线控制。这样不仅可以在测量中减少人工成本，还可以在测量中避免出现人工操控失误的情况，当无人机偏离航线的时候，智能化系统可以自动给予警告提示，并将无人机航线进行自动纠正。不仅如此，智能化系统还可以通过计算机网络将无人机摄影结果进行智能建模，并配合各项参数指标实现测量数据与结果的实时转换。

3.3 完善飞行姿态以及传感器的设置

根据无人机的测绘实践报告来看，一些传统的无人机技术比较落后，搭载的传感器精度有待于提升，直接影响到测绘工程的实际效果。如果传感器精度较低，那么所拍摄到的图像就失去利用价值，满足不了测绘的需求。因，此相关研究机构需要完善无人机技术的传感器设置，要提高各类硬件设备的信息采集精度，并且要考虑测绘工作的实际情况，科学设置无人机的操作功能，适当延长设备的续航能力，为测绘工作者提供更加完善的技术支持。

3.4 测量影像处理

无人机航拍飞行结束后，在当前并不能直接输出各类所需的测绘结果，还需要将所获取的航飞影像等信息进行一系列的处理后再进行应用。采用无人机航摄获取的影像数量一般较多，且每个影像的倾斜角度等也不一样，这就造成影像在查看的过程中并不是连续化呈现和规律性展现。此时就需要将这些影像信息经过专业的软件进行集中化处理，当前常用的处理软件为PixelGrid系统或ContextCaptureCenter系统。通过软件系统的集中处理，使航拍的各个影像信息更加完整的匹配在一起，从而形成一个精确的影像元素用于三维模型的制作。

4 结束语

无人机测绘技术在建筑工程测量中的广泛应用，扭转了工程项目中测绘工作主要靠人力的局面，给测绘领域带来了新的血液，很大程度的提高了测绘效率及质量。放眼未来，应结合无人机在实际使用时的不足，大力研发无人机技术新技能，促使无人机技术应用于更广的领域中去，促进国家科技水平的发展。

参考文献：

[1] 曲泳颐,杨政,于祺伟.基于BIM的无人机技术在建筑施工项目管理中的创新应用[J].山西建筑,2019,45(07):223-224.

[2] 张延伟.无人机在超高层施工质量管理中的应用[J].中国建筑装饰装修,2018(01):106-107.